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一基礎設計
商業樓基礎設計等級為甲級,采用樁加防水板基礎。根據前期試樁檢測報告結論,采用Φ700鉆孔灌注樁,抗壓兼抗拔樁。基礎埋深12.1m,遠大于建筑結構高度的1/18。經復核,風荷載及水平地震作用下基底均不出現零應力區,可滿足高層建筑結構抗傾覆穩定要求。
二地下車庫設計
地下車庫采用框架剪力墻結構,局部增加的剪力墻,主要有兩個作用:一是為了使得地下1層與地上1層的剪切剛度比大于2,滿足正負零作為地上單體嵌固端的要求,二是為了更好地保證室內外高差處水平力的傳遞。商業樓室內及室外相關范圍內,正負零零層采用梁板式結構,板厚180~250,雙層雙向配筋,且配筋率不小于0.25%。
三上部結構設計
(1)超限情況的判定
根據“住房和城鄉建設部關于印發《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》的通知(建質〔2010〕109號)”,對商業樓的超限情況判定如下:①商業樓結構高度29.2m,采用現澆鋼筋混凝土框架結構,屬于A級高度高層建筑,高度不超限。②商業樓3層以上豎向構件縮進大于25%,屬尺寸突變(立面收進);③商業樓地上樓層存在多處樓板有效寬度小于50%,開洞面積大于30%的情況;④商業樓3層和4層之間質心相差達18m,大于相應邊長的15%,同時,考慮偏心扭轉位移比大于1.2,小于1.4。綜合以上分析,商業樓屬于超限高層建筑。
(2)上部結構計算分析
在小震作用下,全部結構處于彈性狀態,構件承載力和變形應該滿足規范的相關要求。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010第5.1.12條的要求,本工程采用SATWE與PMSAP兩種不同分析軟件分別進行了整體內力及位移計算,兩種軟件的計算結果基本一致,結構體系滿足承載力、穩定性和正常使用的要求。樓層最大位層間移角小于1/550,滿足JGJ3-2010第3.7.3的要求;在剛性樓板假定下,慮偶然偏心影響的規定水平地震力作用下,豎向構件的最大水平位移和層間位移與該樓層平均值的比值均小于1.4。根據建筑抗震設計規范GB50011-2010第5.1.2條,對不規則建筑應采用時程分析進行多遇地震下的補充計算。本工程所選的三條波為TH2TG035、TH4TG035、RH4TG035,每條時程曲線計算得到的結構底部剪力均大于CQC法的65%,三組時程曲線計算得到的底部剪力平均值大于CQC法計算得到的底部剪力的80%,故所選三條波滿足規范要求。時程分析的結果表明,結構體系無明顯薄弱層,時程分析法包絡值較CQC法計算結果小,故結構的小震彈性設計由CQC法計算結果控制。根據高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2010第5.1.13條的要求,對商業樓采用彈塑性靜力分析方法進行了補充計算。兩個方向罕遇地震下性能點最大層間位移角均小于1/50,小于規范彈塑性位移角限值,因此宏觀上商業樓所用結構體系能保證大震不倒的設計要求。在通過二階段設計實現三個水準的基本設防目標以外,針對本工程的具體情況,提出了以下抗震性能化目標:①設防地震作用下,中庭連廊等薄弱處樓板內雙層雙向鋼筋不屈服;②設防地震作用下,懸挑梁根部框架柱及大跨梁兩端相連框架柱斜截面抗剪按彈性設計,正截面抗彎按不屈服設計;PMSAP樓板應力分析結果表明,中庭連廊根部、平面凹口陰角位置一般為應力集地區域,在多遇地震作用下,樓板主拉應力不大于混凝土抗拉強度標準值,樓板不會開裂,在設防地震作用下,應力集中位置樓板主拉應力略大于混凝土抗拉強度標準值,但適當加大樓板配筋,即可滿足樓板內鋼筋不屈服。在設防地震作用下,利用SATWE進行彈性設計和不屈服設計,分別校核懸挑梁根部框架柱及大跨梁兩端相連框架柱的箍筋和縱筋,并與多遇地震計算結果一起進行包絡設計。計算結果表明,配筋值均在合理范圍,配筋切實可行。通過以上性能化設計措施,在對結構的經濟性影響較小的情況下,提高了結構的抗震性能,增加了建筑的安全性。
(3)上部結構設計
針對偏心布置和扭轉不規則,設計時,盡量使結構抗側力構件在平面布置中對稱均勻布置,避免剛度中心與質量中心之間存在過大的偏離;加強外圍構件的剛度,增強結構的抗扭性能。計算時,考慮偶然偏心的影響,設計時適當加強受扭轉影響較大部位構件的強度、延性及配筋構造。通過調整結構布置,將考慮偶然偏心下的最大位移比嚴格控制在1.4以下,第一扭轉周期和第一平動周期比嚴格控制在0.9以下。針對立面收進帶來的扭轉不利影響而采取的抗震措施詳第(1)條。構造上,對收進樓層(4層)加厚至140mm且雙層雙向加強配筋,配筋率不小于0.25%,但為減小大跨部分樓板自重,室內大跨度區域樓板厚120mm,屋面大跨度區域樓板厚130mm,收進部位上下層樓板(3層和5層)厚度不小于120mm,并雙層雙向加強配筋。根據《高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2010》的相關規定,體型收進部位上、下各兩層塔樓周邊豎向結構構件的抗震等級提高一級,框架柱在此范圍內箍筋全高加密,提高縱筋配筋率;收進部位以下兩層結構周邊豎向構件配筋加強。針對因開洞形成樓板不連續情況,整體計算時按實際開洞情況建模,并將以上樓層定義為彈性膜,以考慮樓板不連續對結構的影響;同時,構造加厚連廊等薄弱區域樓板至130mm厚,并雙層雙向配筋,配筋率不小于0.25%。
四結語
本文對某超限高層商業樓的結構設計進行了簡要介紹,主要的設計要點可總結如下:(1)結合建筑功能和結構布置合理設縫,規避平面布置的不規則;(2)優化布置結構抗側力構件,適當加強外圈構件的剛度,提高結構的抗扭性能;(3)采用兩種軟件進行多遇地震彈性分些,結構應滿足相應的強度和剛度要求;(4)對結構進行多遇地震下的彈性時程分析,驗證結構體系的合理性,并與振型分解反應譜法進行包絡設計;(5)補充罕遇下的靜力彈塑性分析,控制性能點層間位移角不大于規范要求;(6)根據工程的具體情況,提出合理的抗震性能化設計目標;(7)利用概念設計原理,結合規范要求,對薄弱部位進行構造加強。
作者:黃均亮 單位:上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司